Каждое число на панели сведений об элементе рассказывает часть его истории. Здесь объясняется,
что означает каждое из них, — с реальными примерами из таблицы и закономерностями, на которые стоит обратить внимание.
Идентичность: что делает элемент элементом
Атомный номер
Число протонов в ядре атома. Это «удостоверение личности» элемента: измените его — и получится другой элемент.
Пример: Любой атом с 6 протонами — это углерод, будь он в алмазе, в карандаше или в вашей ДНК.
Закономерность: Увеличивается ровно на единицу с каждым шагом по таблице — слева направо и сверху вниз, от водорода (1) до оганесона (118).
Средняя масса атомов элемента, взвешенная по распространённости каждого изотопа в природе. 1 u — это одна двенадцатая массы атома углерода-12.
Пример: Атомная масса хлора — 35,45 u, а не целое число, потому что около трёх четвертей его атомов — это хлор-35, а четверть — хлор-37.
Закономерность: Обычно растёт вместе с атомным номером, но есть несколько известных исключений: теллур (127,6 u) тяжелее иода (126,9 u), хотя стоит перед ним.
Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов. Химически они ведут себя почти одинаково, но имеют разную массу, а некоторые из них радиоактивны.
Пример: Углерод-12 и углерод-13 стабильны; углерод-14 медленно распадается, и именно это делает возможным радиоуглеродное датирование.
Цвета в таблице распределяют элементы по их поведению: щелочные металлы, щёлочноземельные металлы, переходные металлы, постпереходные металлы, металлоиды, неметаллы, благородные газы, лантаноиды и актиноиды. «Неизвестно» отмечает сверхтяжёлые элементы, химические свойства которых никогда не измерялись, потому что их было получено всего несколько атомов.
Пример: Металлоиды, например кремний, находятся на границе между металлами и неметаллами и сочетают свойства тех и других — именно поэтому из кремния получаются такие хорошие компьютерные чипы.
Две строки под основной таблицей. На самом деле они относятся к 6-му и 7-му периодам, но если поместить их туда, таблица станет шириной в 32 столбца, поэтому их выносят вниз.
Пример: Гленн Сиборг предложил вынести актиноиды в отдельный ряд в 1944 году, и ему сказали, что это погубит его репутацию. Вместо этого он получил Нобелевскую премию.
Перечень орбиталей, которые занимают электроны атома. Приложение показывает её дважды: полную запись и сокращённую, которая начинается с предыдущего благородного газа в квадратных скобках.
Пример: Кислород — 1s² 2s² 2p⁴, или сокращённо [He] 2s² 2p⁴. Медь нарушает простое правило заполнения: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, а не 3d⁹ 4s², потому что полностью заполненный d-подуровень особенно устойчив.
Энергетические уровни, на которых находятся электроны, всё дальше от ядра. Первый вмещает до 2 электронов, второй — до 8 и так далее. Трёхмерная модель Бора в приложении изображает их в виде колец.
Пример: Модель Бора — это упрощение: настоящие электроны не вращаются вокруг ядра, как планеты, а распределены в размытых облаках, называемых орбиталями. Но кольца по-прежнему отлично подходят для подсчёта электронов.
Насколько сильно атом притягивает к себе общие электроны в химической связи — словно счёт в перетягивании каната.
Пример: Сильнее всех тянет фтор — 3,98; слабее всех цезий и франций — 0,79. Когда натрий (0,93) встречается с хлором (3,16), хлор побеждает безоговорочно, и образуется ионная поваренная соль.
Закономерность: ↑ вдоль периода, ↓ вниз по группе. Благородные газы редко образуют связи, поэтому для них часто нет значения.
Энергия, выделяющаяся, когда нейтральный атом захватывает дополнительный электрон. Высокое значение означает, что атом охотно принимает электрон.
Пример: Самое высокое значение у хлора — 349 kJ/mol, немного больше, чем у фтора (328 kJ/mol), чья крошечная и тесная внешняя оболочка отталкивает лишний электрон. Благородные газы сопротивляются присоединению электронов, поэтому их значения отрицательны.
Закономерность: Как правило, ↑ вдоль периода по направлению к галогенам.
Заряд, который имел бы атом, если бы все его связи были полностью ионными. Многие элементы могут проявлять несколько степеней окисления, поэтому они образуют так много разных соединений.
Пример: Железо обычно проявляет степень окисления +2 или +3, а ржавчина — это железо в степени окисления +3. У марганца диапазон — от −3 до +7; в фиолетовом перманганате калия она равна +7.
Температура, при которой твёрдое вещество превращается в жидкость. Чтобы перевести в градусы Цельсия, вычтите 273,15.
Пример: Вольфрам плавится при 3695 K (около 3422 °C) — это самая высокая температура плавления среди металлов, поэтому из него делали нити накаливания для лампочек. Ртуть плавится при 234 K (−39 °C), поэтому при комнатной температуре она жидкая, а галлий (303 K) тает прямо в руке.
Температура, при которой жидкость превращается в газ при нормальном атмосферном давлении.
Пример: Гелий кипит всего при 4,2 K, лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля, поэтому жидкий гелий идеально подходит для охлаждения магнитов МРТ. Вольфрам кипит при 6203 K.
Энергия, необходимая, чтобы нагреть один килограмм вещества на один кельвин. Высокие значения означают, что вещество поглощает много тепла, прежде чем нагреться.
Пример: Лидер списка — водород: 14 300 J/(kg·K). Золоту нужно всего 129 J/(kg·K), поэтому золотое кольцо быстро нагревается на пальце.
Закономерность: У тяжёлых атомов значения в расчёте на килограмм, как правило, ниже.
Повторяющийся узор, в котором укладываются атомы, когда элемент находится в твёрдом состоянии. Наименьший повторяющийся «кирпичик» называется элементарной ячейкой, и приложение показывает её в 3D.
Пример: У меди и золота гранецентрированная кубическая решётка — такая упаковка позволяет слоям атомов скользить, поэтому эти металлы гнутся, а не ломаются. Железо при комнатной температуре имеет объёмноцентрированную кубическую решётку. Для сверхтяжёлых элементов структура лишь предсказана.